हम सभी जानते हैं, इस प्रक्रिया में सामान्य प्रवाहकीय सामग्री ऊर्जा का एक बहुत की खपत होगी, और प्रसारण के दौरान superconductor लगभग कोई ऊर्जा के नुकसान प्रति वर्ग सेंटीमीटर अधिक वर्तमान है, ले जा सकता है। हालांकि, ज्यादातर अतिचालक केवल पर पास परम शून्य तापमान के तहत काम करना
1911 में, डच भौतिक विज्ञानी हीके Kammerlingh Onnes की खोज की शुद्ध पारा प्रतिरोध के नमूने कम तापमान 4.22-4.27K में गायब हो जाता है, तो वे पाया अन्य धातुओं की एक संख्या समान घटना है - एक घटना, 1913 अतिचालकता के रूप में जाना , हीके Kammerlingh Onnes इसलिए भौतिकी में उस वर्ष के नोबेल पुरस्कार जीता।
चित्रा 丨 Heike Kammerlingh Onnes
हालांकि, भौतिकविदों में पाया गया कि महत्वपूर्ण तापमान अतिचालक मौलिक और मिश्र धातु superconductor की एक बड़ी संख्या बहुत कम इतना कम तापमान अतिचालक अतिचालकता प्राप्त करने के लिए आवेदन पत्र महंगा क्रायोजेनिक तरल पदार्थ का सहारा लेना पड़ मतलब है - जैसे कम तापमान बनाए रखने के लिए तरल हीलियम के रूप में वातावरण जिसमें अतिचालक आवेदनों की लागत में तेजी से वृद्धि करने के लिए नेतृत्व, यहां तक कि सामग्री खुद के मूल्य से कहीं अधिक कम तापमान को बनाए रखने की लागत भी 'उच्च तापमान' अतिचालक केवल परम शून्य का एक अपेक्षाकृत उच्च तापमान में मौजूद है: .. -140 ℃, कहने के लिए हम वास्तविक सामग्री है कि कमरे के तापमान पर अतिचालक है, को प्राप्त करने से बचने के लिए कर सकते हैं महंगा ठंडा लागत पूरी तरह से संबंधित कला ऊर्जा स्थानान्तरण, परिवहन और चिकित्सा स्कैनर की स्थिति बदल सकते हैं।
अब जब 107 साल बीत चुके हैं, तब हीक केमरलिंगह ओन्स ने सुपरकंडक्टिविटी की खोज की है, लोग अभी भी निम्न दबाव और उच्च तापमान पर जीवन के लिए इसे खोज रहे हैं और इसे लागू कर रहे हैं, एक लक्ष्य जो भौतिक दुनिया का सबसे महत्वपूर्ण मिशन भी है एक।
लेकिन यह लक्ष्य हमारे करीब और करीब हो रहा है, और 5 मार्च को, नेचर जर्नल में दो लेख एमआईटी और हार्वर्ड से महत्वपूर्ण अनुसंधान में शामिल थे: बस कुछ विशिष्ट परतों को ' मैजिक एंगल, "वे शून्य प्रतिरोध के साथ इलेक्ट्रॉनों का संचालन कर सकते हैं, एक ऐसा शोध जो दशकों तक कमरे के तापमान सुपरकंडक्टर्स खोजने में एक बहुत महत्वपूर्ण कदम होने की संभावना है।
प्रकृति के प्रकाशन के अलावा, नेचर ने इस प्रमुख सफलता पर टिप्पणी करते हुए प्रकाशित किया।
यह उल्लेखनीय है कि दो पत्रों के पहले लेखकों काऊ युआन, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में एक 21 वर्षीय डॉक्टरेट छात्र थे।
चित्रा शू काओ मूल, 1996 में पैदा हुआ, चेंगदू के देशी, 2010 में USTC युवा वर्ग में भर्ती कराया, और चयनित 'वर्ग Yanjici शारीरिक उत्कृष्टता', 2014 USTC स्नातक सर्वोच्च सम्मान - गुओ छात्रवृत्ति अब मैसाचुसेट्स है विद्युत इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस डॉक्टरेट छात्रों के संस्थान, एमआईटी भौतिक विज्ञानी पाब्लो Jarillo-हेरेरो के संरक्षण में
चित्रा शू पाब्लो Jarillo-हेरेरो, संघनित बात भौतिक विज्ञानी के एमआईटी एसोसिएट प्रोफेसर। के पुरस्कार स्पेनिश रॉयल सोसाइटी युवा अन्वेषक पुरस्कार (2007) शामिल हैं, अमेरिका के राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन पुरस्कार (2008), अल्फ्रेड स्लोअन छात्रवृत्ति (200 9), डेविड एंड लुसी पैकार्ड छात्रवृत्ति (200 9), आदि।
कागज के अनुसार, ग्राफीन कार्बन परमाणुओं की आरोपित परतों में शोधकर्ताओं और अनुमति पैटर्न एक 1.1 डिग्री की भरपाई कोण, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री एक अतिचालक विशेषताओं हो सकता है। प्रणाली अभी भी परम शून्य से ऊपर 1.7 डिग्री तक ठंडा करने की ज़रूरत है, लेकिन परिणामों का सुझाव यह उच्च तापमान प्रवाहकीय के रूप में जाना अतिचालक, जो भौतिकविदों उत्साहित करते है की तरह हो सकता है।
मैड्रिड सामग्री विज्ञान संस्थान भौतिक विज्ञानी ऐलेना Bascones लगता है, 'इस खोज की पुष्टि की है, तो यह एचटीएस को समझने के लिए बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है'। स्टैनफोर्ड भौतिक विज्ञानी और नोबेल पुरस्कार विजेता रॉबर्ट लाफलिन ने कहा, 'हम आगे के लिए देख सकते हैं आने वाले महीनों में खाका के लापता भाग को भरने के लिए पागल प्रयोगात्मक गतिविधियां होगी। '
इस अध्ययन का मुख्य आकर्षण में से एक, इसका मतलब है कि आप इस तरह के अतिचालक द्वारा अपरंपरागत अतिचालक कॉपर ऑक्साइड अतिचालक ग्राफीन की तंत्र सीख सकते हैं। निकट भविष्य में नहीं हालांकि, डीटी साथ एक साक्षात्कार में मूल काओ जून ने कहा कि तांबा आक्साइड के अध्ययन में सीधे भाग लेने का इरादा है।
'हम सभी जानते हैं, इस क्षेत्र लगभग 30 वर्षों के लिए अध्ययन किया गया है और जारी है, दुनिया भर में वहाँ कॉपर ऑक्साइड के प्रयोगशाला अध्ययनों की एक बड़ी संख्या है। हमारा मुख्य अनुसंधान प्रयोगशाला एक दो आयामी सामग्री, तैयारी और दो आयामी सामग्री के लक्षण वर्णन है काफी तकनीकी और अनुभव के पहलू हैं, लेकिन परंपरागत सामग्रियों के अध्ययन में कोई अनुभव नहीं है, "काओ ने डीटी जून से कहा
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ग्रेपेन क्यों है?
आम तौर पर, बोल वहाँ मूल रूप से अतिचालक के दो प्रकार हैं: पारंपरिक अतिचालक, अर्थात् अतिचालकता की मुख्य धारा के सिद्धांत के साथ अपनी गतिविधियों को विस्तार से बताया जा सकता है, अपरंपरागत अतिचालक है कि मुख्यधारा के सिद्धांत से नहीं समझाया जा सकता है।
इसी प्रकार cuprate अतिचालक गतिविधियों - बाद के एमआईटी ग्राफीन अतिचालक व्यवहार, और अन्य अपरंपरागत अतिचालक के नवीनतम शोध टीम के अनुसार।
बनाता है जो ': यहाँ, हम पूर्ण 133 से ऊपर शून्य डिग्री पर कॉपर ऑक्साइड अतिचालक इस तरह के जटिल कॉपर ऑक्साइड सामग्री का उल्लेख बिजली संचालित कर सकते हैं, लेकिन कॉपर ऑक्साइड उसके अंतर्निहित तंत्र एक रहस्य बनी हुई है लाफलिन ने कहा अतिचालक लोग चमत्कार निहितार्थ है अतिचालक तांबा आक्साइड बहुत ही सरल है, लेकिन यह ठीक से समझ लिया है और गणना की जा करने के लिए मुश्किल है। '
हालांकि, अपरंपरागत अतिचालक cuprate अतिचालक तापमान के इस प्रकार अब यह 140 डिग्री शून्य से एहसास हो गया है अतिचालकता प्राप्त करने के लिए, सबसे अतिचालकता को प्राप्त होने की संभावना है, लेकिन कॉपर ऑक्साइड अतिचालक प्रणाली बहुत जटिल है, और प्रयोगात्मक शर्तों की आवश्यकता होती है बहुत श्रम और भौतिक संसाधनों को खर्च करें, एक प्रभावी अगले अध्ययन करने के लिए मुश्किल है।
अंजीर शू ग्राफीन परतों 1.1 डिग्री के कोण पर मुड़, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री अतिचालक गुण
संयोग से, वहाँ ग्राफीन अतिचालकता की मोड़ कोण की खोज की थी ढेर के बीच में, कम से कम अब मापा परिणाम के लिए लग रहा है और कॉपर ऑक्साइड अतिचालक घटना में एक ही है। भौतिकविदों कि पीछे अनुमान लगाया है तंत्र को भी सुसंगत होना चाहिए।
ग्रेफेन हमेशा आश्चर्यजनक गुणों के साथ एक जादुई सामग्री रहा है: यह शीट की तरह एक हेक्सागोनल आकार में फैले कार्बन परमाणुओं की एक परत वाली सामग्री स्टील की तुलना में अधिक है और तांबे की तुलना में अधिक प्रवाहकीय है। यह अन्य सामग्रियों की तुलना में है जब भी सामग्रियों से संपर्क किया जाता है, सुपरकंडक्टिविटी का भी प्रदर्शन किया गया है, लेकिन इस व्यवहार को पारंपरिक सुपरकंडक्टिविटी द्वारा समझाया जा सकता है।
इसके अलावा, graphene एक अपेक्षाकृत सरल सामग्री है। वैज्ञानिकों ने पहले से ही graphene बहुत अच्छी तरह से अध्ययन किया है। Graphene पर कई शोध वर्तमान में स्थिर और उच्च गुणवत्ता वाले graphene तैयार करने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं इसलिए, graphene अनियमितताओं का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। सुपरकंडक्टिंग इफेक्शन, कमरे के तापमान को सुपरकंडक्टिंग प्राप्त करने के लिए वैज्ञानिकों की गति को प्रभावी ढंग से बढ़ा सकते हैं।
इस संबंध में, सामग्री विज्ञान भौतिक विज्ञानी ऐलेना Bascones की मैड्रिड संस्थान ने कहा कि ग्राफीन अनुसंधान कॉपर ऑक्साइड उपकरणों की तुलना में अधिक आसानी से पर, इस तरह के ग्राफीन अतिचालकता इंटरनेट का पता लगाने के लिए उपयोगी हो। उदाहरण के लिए, कॉपर ऑक्साइड superconductive का पता लगाने के क्रम में मूल कारण, भौतिकविदों अक्सर चरम चुंबकीय क्षेत्र के लिए सामग्री की जरूरत है। उन्हें 'समायोजित' जिसका अर्थ है कि प्रयोगों की एक बड़ी संख्या बाहर ले जाया गया और डेटा की एक बड़ी राशि संसाधित करने के लिए अलग-अलग व्यवहार का पता लगाने के, है, जबकि ग्राफीन प्रयोग किया जाता है, यह संभव भौतिक विज्ञानी है बस बिजली के क्षेत्र का समायोजन करके एक ही परिणाम प्राप्त करने के लिए।
अंजीर शू ग्राफीन एक स्तरित दो आयामी कार्बन परमाणु मोटी सामग्री, जब ग्राफीन की दो परतों एक निश्चित कोण पर superposed स्तरों पर होती है, यह एक अतिचालक माल के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता
'अतिचालक जादू'
प्रयोग से बाहर ले जाने में, काओ और उनके पूर्व संरक्षक पाब्लो Jarillo-हेरेरो और उनकी टीम अतिचालकता पता लगाने के लिए नहीं। बल्कि, वे दोहरी परत ग्राफीन की विक्षेपन कोण का पता लगाने के ग्राफीन की कार्यक्षमता को प्रभावित कर सकता है के लिए हैं।
सिद्धांत रूप में, वे केवल दो आयामी सामग्री परत के बीच एक खास कोण विचलन पर लगता है कि इलेक्ट्रॉनों सामग्री परत, और बातचीत करने के लिए एक मजेदार तरीके के माध्यम से पारित, लेकिन वास्तव में नहीं जानता कि प्रेरित कर सकते हैं कर सकते हैं कि किस तरह की है जिस तरह से।
हालांकि, काओ जहां मूल टीम जल्द ही दोहरी परत ग्राफीन कुछ अनपेक्षित व्यवहार की खोज की।
चित्रा शू ग्राफीन
सबसे पहले, ग्राफीन कण घनत्व और आरोप-ले जाने संरचना की चालकता की माप परिणाम के भीतर जो कि बन गया है Mott इन्सुलेटर (Mott इन्सुलेटर) इंगित करता है - इस सामग्री सामग्री के सभी के बीच गुण विद्युत प्रवाहकीय उपयोग करने के लिए कणों है, और बातचीत उन्हें बहने से रोका जा सके।
इसके बाद, वे प्रणाली में अतिरिक्त शुल्क वाहक की एक छोटी राशि में जोड़ने के लिए, अतिचालक बनाने एक छोटे से बिजली के क्षेत्र का उपयोग करें। इन परिणामों को प्राप्त करने के बाद, वहाँ उनकी टीम के वित्तपोषण के लिए था एक तत्काल धन। काओ पूर्व संरक्षक Jarillo-हेरेरो कहा, 'हम विभिन्न उपकरणों का उपयोग सहयोगियों के साथ एक साथ इन परिणामों और माप प्राप्त करने के लिए, यह हमारी टीम इस बात का बहुत विश्वास है। '
फिर, अतिचालक प्रभाव दोहरी परत ग्राफीन प्राप्त करने के लिए कैसे? ग्राफीन अपने तटस्थ शुल्क पर एक रेखीय फैलाव विशेषता ऊर्जा चल रहा है। दो गठबंधन जब interlayer कूद के बाद से ग्राफीन लैमिनेटेड, बेल्ट की वजह से स्टैकिंग क्रम (एए या अटल बिहारी ढेर) की संरचना के परिवर्तन में संकर कम बैंड का परिणाम है।
अतिरिक्त मरोड़ कोण की उपस्थिति, बारी क्षेत्रों ए.ए. और एबी से बना नया हेक्सागोनल पैटर्न द्वारा मौआ खड़ी कर रहे हैं (मौआ पैटर्न) प्रकट होता है और कार्यों मॉडुलन जाली। Superlattice संभावित कपड़े का एक छोटा-बैंड संरचना में गुना होगा Brillouin क्षेत्र (मिनी Brillouin क्षेत्र MBZ), एक तटस्थ बिंदु पर आसन्न डिराक शंकु फर्मी वेग प्रभाव प्रभारी के बीच MBZ संकर प्रभाव, से 106 मी / से एक तटस्थ बिंदु पर आरोप दर ठेठ मूल्यों में कमी। अलग मरोड़ कोण अलग सेल संरचना निर्धारित करता है, अर्थात डिराक शंकु के अलग अलग प्रभाव के बीच संकर निर्णय।
विशेष कोण जिस पर फर्मी वेग शून्य हो, 'जादू के कोण', जहां पहले कोण के बारे में 1.1 डिग्री है और जिसके पास बैंड तटस्थ के पास है, पूरे बैंड एक बैंडविड्थ में ऊर्जा की सामान्य मात्रा 5-10 एमई वी है
प्रयोगों ने दिखाया है कि इन ऊर्जा बैंडों के सपाट परिणामस्वरूप बड़े प्रभावी द्रव्यमान उत्पन्न होते हैं, जो एक शोरंब ऊर्जा और क्वांटम गतिज ऊर्जा के परिणाम के रूप में समझा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप आधा भरे एक इन्सुलेट राज्य होता है, और मॉल के इन्सुलेटर के समान एक समान व्यवहार को देखते हुए, मोड़ के कोण के आधार पर, समान मोट विसंवाहक व्यवहार को हासिल करने के लिए वांछित डोपिंग एकाग्रता।
जैसा कि ऊपर उल्लेख, जिसमें, अपरंपरागत अतिचालक (जैसे, कॉपर ऑक्साइड) बहुत अतिचालक के पास की उपस्थिति से अछूता है शोधकर्ताओं चरण आरेख साजिश रची जब इलेक्ट्रॉन घनत्व और सामग्री के तापमान के बीच संबंधों का वर्णन करने के, उन्होंने पाया एक तांबे ऑक्साइड superconductor चरण आरेख इसी तरह के परिणाम। इस संबंध में, Jarillo-हेरेरो आगे सबूत है कि अतिचालकता दोहरी परत ग्राफीन कॉपर ऑक्साइड की व्यवस्था एक ही हो सकता है प्रदान करने कहा।
ग्रेफीन की ग्राफीन इलेक्ट्रॉनिक संरचना
अंत में, हालांकि ग्राफीन की प्रदर्शन एक बहुत कम तापमान अतिचालकता में उपस्थित हो सकता है, लेकिन पारंपरिक अतिचालक, एक ही तापमान पर अतिचालकता की प्राप्ति, ग्राफीन इलेक्ट्रॉन घनत्व जन्मों केवल पारंपरिक अतिचालक सामग्री के विपरीत एक।
इसके अलावा, पारंपरिक अतिचालक प्राप्त अतिचालकता सामग्री स्थिर, प्रवाहकीय इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी पर निर्भर करता है, जबकि छोटे ग्राफीन में उपलब्ध इलेक्ट्रॉनों की संख्या, जिसमें अगर इलेक्ट्रॉनों ऐसी है कि इलेक्ट्रॉनों किसी तरह से आबद्ध किया जा सकता है, तो यह है कि तरीकों को इंगित करता है बातचीत पारंपरिक अतिचालक से ज्यादा मजबूत होना चाहिए।
प्रवाहकीय संदेह
हालांकि, इस अनुसंधान के संबंध में, कुछ भौतिकविदों अलग विचार व्यक्त किये हैं। इकोले औद्योगिक की उन्नत अध्ययन और रासायनिक कामरान Behnia के लिए भौतिक विज्ञानी भौतिकी संस्थान उन्होंने कहा कि वह अभी तक नहीं है मानना है कि वे सटीक कर सकते हैं मूल काओ मॉट मनाया घोषणा इन्सुलेटर राज्य, टीम के निष्कर्षों के बावजूद पता चला है कि ग्राफीन एक superconductor है, और एक गैर-परंपरागत अतिचालक होने की संभावना है।
इसके अलावा, भौतिकविदों को अभी तक सुनिश्चित नहीं किया जा सकता है कि तांबा ऑक्साइड और डबल-परत ग्रेफेन सुपरकॉन्डिक्टर्स के सुपरकंडक्टिंग तंत्र बिल्कुल समान हैं। फिर, अगर अंतिम प्रयोग यह साबित करता है कि दोनों तंत्र एक समान नहीं हैं, तो इस प्रयोग का महत्व क्या है? प्रतीक?
इस प्रश्न के लिए, मूल काओ हमें जवाब है: 'लेख में हम अतिचालक राज्य में दोहरी परत ग्राफीन की घूर्णी संक्रमण तापमान और उप-वाहक एकाग्रता, घूर्णन पाया दोहरी परत अतिचालक ग्राफीन के बीच के रिश्ते की तुलना यहां तक कि गैर-पारंपरिक जोड़ी कॉपर ऑक्साइड अतिचालक, और अन्य भारी फरमिओन्स से अधिक शक्ति, संक्रमण लाइन बीईसी-BCS (और हाल के वर्षों में इसी तरह के लोहे आधारित अतिचालक की एक बहुत गर्म भाग), के करीब तो भले ही अतिचालकता और तांबे के अपने तंत्र विभिन्न आक्साइड, क्यों इस तरह के अस्तित्व अध्ययन एक मजबूत अतिचालक जोड़ी सैद्धांतिक रूप से बहुत ही दिलचस्प और इस तरह के एक मालूम होता है सरल ग्राफीन प्रणाली में अद्वितीय है। '
स्टैनफोर्ड भौतिक विज्ञानी और नोबेल पुरस्कार विजेता रॉबर्ट लाफलिन का मानना है कि 'सभी व्यवहार स्पष्ट नहीं है कि कॉपर ऑक्साइड अतिचालक में होने वाली ग्राफीन superconductor में होता है, इसलिए नए प्रयोगों के लिए आवश्यक हर किसी का अनुमोदन मिलता है। भौतिकविदों 30 साल के लिए अंधेरे में भटक गया है, तांबा आक्साइड अतिचालक के रहस्यों को उजागर करने की कोशिश कर, हम में से कई लोगों का मानना है, बस दीपक चालू करें। '
(एनडब्ल्यू, हुआंग शान)
मूल शीर्षक: चीनी 21 वर्षीय एमआईटी वैज्ञानिकों दो "प्रकृति" कागज के फटने: कमरे के तापमान अतिचालकता एक बड़ी सफलता प्राप्त करने के लिए उम्मीद है, ग्राफीन जहां 'जादू' का पता चलता है